I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato una famiglia di materiali morbidi che imita le creature viventi.

Quando viene colpito dalla luce, i materiali sottili come una pellicola prendono vita, piegandosi, ruotando e persino strisciando sulle superfici.

Chiamata "materia soffice robotica dal team della Northwestern, " i materiali si muovono senza hardware complesso, idraulica o elettrica. I ricercatori ritengono che i materiali realistici potrebbero svolgere molti compiti, con potenziali applicazioni in campo energetico, bonifiche ambientali e medicina avanzata.

"Viviamo in un'era in cui vengono costantemente sviluppati dispositivi sempre più intelligenti per aiutarci a gestire la nostra vita quotidiana, " ha detto Samuel I. Stupp della Northwestern, che ha condotto gli studi sperimentali. "La prossima frontiera è nello sviluppo di una nuova scienza che darà vita a materiali inerti a nostro vantaggio, progettandoli per acquisire capacità di creature viventi".

La ricerca sarà pubblicata il 22 giugno sulla rivista Materiali della natura .

Stupp è il professore del consiglio di fondazione di scienza e ingegneria dei materiali, Chimica, Medicina e ingegneria biomedica alla Northwestern e direttore del Simpson Querrey Institute Ha incarichi presso la McCormick School of Engineering, Weinberg College of Arts and Sciences e Feinberg School of Medicine. George Schatz, il professore di chimica Charles E. ed Emma H. ​​Morrison a Weinberg, ha condotto simulazioni al computer dei comportamenti realistici dei materiali. Il borsista Chuang Li e lo studente laureato Aysenur Iscen, dai laboratori Stupp e Schatz, rispettivamente, sono co-primi autori del documento.

Sebbene il materiale in movimento sembri miracoloso, la scienza sofisticata è in gioco. La sua struttura comprende complessi peptidici su scala nanometrica che drenano le molecole d'acqua dal materiale. Esperto in chimica dei materiali, Stupp ha collegato gli array di peptidi a reti polimeriche progettate per essere chimicamente reattive alla luce blu.

Quando la luce colpisce il materiale, la rete si sposta chimicamente da idrofila (attira l'acqua) a idrofobica (resiste all'acqua). Poiché il materiale espelle l'acqua attraverso i suoi "tubi" peptidici, " si contrae e prende vita. Quando la luce è spenta, l'acqua rientra nel materiale, che si espande quando ritorna ad una struttura idrofila.

Questo ricorda la contrazione reversibile dei muscoli, che ha ispirato Stupp e il suo team a progettare i nuovi materiali.

"Dai sistemi biologici, abbiamo imparato che la magia dei muscoli si basa sulla connessione tra assemblaggi di piccole proteine ​​e polimeri proteici giganti che si espandono e si contraggono, "Stupp ha detto. "I muscoli fanno questo usando un combustibile chimico piuttosto che la luce per generare energia meccanica".

Per il materiale di ispirazione bio di Northwestern, la luce localizzata può innescare il movimento direzionale. In altre parole, la flessione può avvenire in direzioni diverse, a seconda di dove si trova la luce. E anche cambiare la direzione della luce può costringere l'oggetto a girare mentre striscia su una superficie.

Stupp e il suo team credono che ci siano infinite possibili applicazioni per questa nuova famiglia di materiali. Con la possibilità di essere progettato in diverse forme, i materiali potrebbero svolgere un ruolo in una varietà di compiti, che vanno dalla pulizia ambientale alla chirurgia cerebrale.

"Questi materiali potrebbero aumentare la funzione dei robot morbidi necessari per raccogliere oggetti fragili e poi rilasciarli in una posizione precisa, " ha detto. "In medicina, Per esempio, i materiali morbidi con caratteristiche "viventi" potrebbero piegarsi o cambiare forma per recuperare i coaguli di sangue nel cervello dopo un ictus. Potrebbero anche nuotare per pulire le riserve idriche e l'acqua di mare o persino intraprendere attività di guarigione per riparare i difetti delle batterie, membrane e reattori chimici".